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　　4月20日19点40分，天宫一号发射圆满成功！

　　媒体已经披露：“天舟一号”升空后，不光要为天宫二号送货，还将进行推进剂在轨补加试验——也就是，“太空加油站”！

　　据俄罗斯火箭成功实施太空站对接任务了解，目前世界上能够完全掌握空间站推进剂补加技术的只有俄罗斯，美国、欧空局和日本只是开展俄罗斯火箭成功实施太空站对接任务了原理验证试验，尚未建成实用性系统。这意味着，在这个领域，中国会直超美国。

　　今天，咱们聊聊“太空加油”。

　　一、为何需要太空加油？

　　大家都知道，汽车开到半路上没油了，前不着村后不着店，最好的办法就是请人从附近加油站搞一桶油来救急。

　　航天器在轨运行期间，也需要消耗推进剂来维持轨道和姿态，一旦携带的推进剂消耗完毕，也就意味着航天器寿命的终结，而此时，航天器上的其他元器件很可能仍然完好。

　　加拿大一家航天机构估算：2020年前全世界将有100颗地球同步轨道通信卫星因燃料耗尽而失效，重新发射替代卫星，将花费超过300亿美元。如果能够通过推进剂在轨补加系统为这些卫星补充燃料，无疑可以节省巨额资金。

　　据测算，一颗地球同步轨道卫星补加60公斤推进剂，就能够延长卫星寿命1年；而空间站由于运行高度较低、体型较大，调整轨道和姿态所需推进剂更多，对“太空加油站”的需求也更大。

　　去年6月，长征七号火箭在海南文昌首次发射，其搭载的众多载荷中就包括国防科技大学研制的一颗“天源一号”卫星，这颗卫星集成了我国首个卫星在轨加注试验系统。

　　卫星上天后，成功开展了微重力条件下流体管理与加注、高精度推进剂测量等9项试验，获取了3种贮箱加注过程视频，加注过程稳定，测量与控制精度高，实测结果满足设计指标要求，相关数据表明，中国首次卫星在轨加注试验取得成功。

　　将于今天发射的天舟一号货运飞船，将与天宫二号空间实验室进行交会对接，并开展推进剂在轨补加关键技术验证。

　　试验成功后，将中国成为世界上第二个掌握空间推进剂补加核心技术的国家。

　　二、太空加油如何实现？

　　“太空加油”技术主要有两大流派：

　　一种以俄罗斯为代表，主要应用于空间站。将复杂的推进剂补加系统配置在空间站上，接受货运飞船长期、例行、多次补加，货运飞船这一方则系统简单、成本也较低。

　　一种以美国为代表，推进剂补加系统配置在服务飞行器上，主要用于卫星在轨加注延寿和救援维护。同“天源一号”卫星一样，美国也曾多次进行卫星在轨加注原理验证试验。

　　早在1978年，前苏联就通过进步号无人货运飞船向礼炮号空间站进行了最早的在轨加注。

　　飞船与空间站对接完成后，加注管路自动连接并进行管道密封性检查。空间站一侧通过压缩机把被补加贮箱气压降低，飞船上的加注系统利用高压氮气向加注贮箱增压，将推进剂输送到空间站贮箱内。

　　这种加注方式也被称为“压缩机法”。俄罗斯进步号飞船向国际空间站提供燃料补给就采取这种方式。

　　美国在推进剂在轨补给技术领域进行了大量研究，开展了“轨道快车”等一系列加注模式验证试验，主要采用“泵送法”实施卫星在轨加注，在加注前将两侧贮箱气腔连通，待压力平衡后，用泵将推进剂从加注贮箱泵送到被加注贮箱。

　　专家分析称，泵送法能够避免推进剂损耗，在系统重量、系统功耗等方面具有较大优势；压缩机法重量和能耗大，很难用于卫星推进剂在轨补加。

　　媒体对航天专家的采访表明说明，中国天舟一号采取的补加技术应该是“压缩机法”。

　　专家称，“经过多年艰难摸索和试验研究，空间实验室推进剂在轨补加系统关键单机——空间压气机和液路浮动断接器相继实现了突破，将使中国成为世界上第二个掌握空间补加核心技术的国家。”

　　三、太空加油与空中加油，哪个更难？

　　空中加油技术是在飞行中通过加油机向其他飞机或直升机补充燃料的技术。上世纪30年代，英国首先将空中加油技术用于跨大西洋商业航空飞行。二战结束后，空中加油在军事上的运用越来越普遍，被用作向遥远地区部署轰炸机、运输机、战斗机的主要手段。

　　空中加油系统一般分软管—锥管式（简称软式）及伸缩管式（简称硬式）两大类。

　　据介绍，软式加油系统的优点是：加油吊舱为独立装置，普通飞机改装成加油机比较方便，取下吊舱仍可执行原型飞机的作战任务；该系统可以不设专门的加油员；可以同时给2~3架飞机加油；可以给直升机加油。缺点是：加油率低于硬式加油系统；要求受油机飞行员掌握超密集编队技术及对接技术；气流不稳定时难以进行空中加油。

　　硬式加油系统的优点是：加油率高，一般可以达到4000升/分钟；可以给大型飞机加油；对受油机机动性要求不高。缺点是：要设专门的加油员；每次只能给一架飞机加油；不能给直升机加油。

　　本文在此不对空中加油系统做过多介绍，只是简单对比一下空中加油与太空加油的工作过程：

　　第一，空中加油时，飞机由飞行员操纵靠近，然后采取软管或硬管对接受油机加油口；太空加油时，飞行器由电脑控制进行近距离交会，然后进行自动或者手动对接。

　　第二，空中加油时，只要气象条件许可，飞机交会可以短时间内多次重复进行；太空加油时，要根据事先选定的时间窗口，要确保航天器位于精确的测控弧段之内。

　　第三，空中加油时，只要控制两个飞机的速度，进行接近或者远离即可；太空加油时，飞行器速度的变化，会导致飞行轨道高低的变化，要综合考虑高度和速度两个因素。

　　第四，空中加油时，一般不用考虑两个飞机的相位关系，加油管路可以消除两者之间的角度差；太空加油时，两个飞行器完成交会后还要确保相位一致，以免对接后造成不必要的转动……

　　说了这么多，但我们并不能就此认为太空加油就比空中加油难度大，这毕竟是两个不同有赛场，正如同不能拿国乒跟国足比球技一样。

　　上世纪80年代，中国就着手开展空中加油系统研制，1994年末，第一代加油机工程通过设计定型。加油机由国产轰6中型轰炸机改装，通过空中加油，可使歼8II 型战斗机作战半径达到1200公里以上，能够有效覆盖南海大部分海域，基本达到了研制目的。

　　受限于航空发动机、大飞机研制等瓶颈短板，20多年来，我国的空中加油机一直在轰6基础上改来改去，始终未有大的起色。甚至有媒体报道称，中国一直希望购买伊尔-78来补充并最终取代现有的20多架轰油-6。

　　中国这些年有钱了，别说是几架伊尔-78M、几艘航母，就算国际空间站，咱们也买得起。但是，关键技术永远买不来！大国尊严永远买不来！

　　在航天领域，中国始终与美、俄咬得很紧，从年度发射次数上看，中美两国已经并驾齐驱；而原先的老大帝国俄罗斯则渐露疲态。中国从“跟跑并跑”向“并跑领跑”的嬗变。这就是弯道超车。

　　“太空加油”，加油中国。记住这个日了吧：2017年4月20日。

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